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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turboladerentlüftungseinrichtung zum Zuführen von Blow-by-Gas eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine zu einem Motorgehäuse der Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem eine aufgeladene Brennkraftmaschine, die mit einer solchen Turboladerentlüftungseinrichtung ausgestattet ist.
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Bei einer als Kolbenmotor ausgestalteten Brennkraftmaschine führen unvermeidliche Leckagen während des Betriebs dazu, dass Verbrennungsabgas aus einem Brennraum im jeweiligen Zylinder am zugehörigen Kolben vorbei strömt und in ein Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine eintritt, so genanntes Blow-by-Gas, im Folgenden auch Motor-Blow-by-Gas. Zur Vermeidung eines Überdrucks im Kurbelgehäuse kommt eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung zum Einsatz, mit der das Motor-Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse abgeführt wird. Da im Kurbelgehäuse ein Ölnebel herrscht, enthält das Motor-Blow-by-Gas Öltropfen. Zur Reduzierung des Ölverbrauchs ist eine solche Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung üblicherweise mit einer Ölabscheideeinrichtung ausgestattet, mit deren Hilfe das im Motor-Blow-by-Gas mitgeführte Öl abgeschieden werden kann. Über eine Ölrückführleitung kann das abgeschiedene Öl einem Ölkreis der Brennkraftmaschine rückgeführt werden.
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Auch bei einem Abgasturbolader sind Leckagen unvermeidbar, so dass Luft und/oder Abgas in einen Ölsammelbereich eindringen kann, von dem Öl einer Ölschmierung des Abgasturboladers über eine Rückführleitung vom Abgasturbolader zum Schmierölkreis rückgeführt wird. Über diese Rückführleitung wird auch dieses Blow-by-Gas abgeführt, das im Folgenden als Turbolader-Blow-by-Gas bezeichnet werden kann. Auch in diesem Ölsammelbereich herrscht ein Ölnebel. Aufgrund der extrem hohen Drehzahlen moderner Abgasturbolader sind die in diesem Ölnebel enthaltenen Öltropfen extrem klein, insbesondere kleiner als im Kurbelgehäuse. Beispielsweise besitzen die Öltropfen im Motor-Blow-by-Gas im Mittel eine Tropfengröße von etwa 2µm, während die Öltropfen im Turbolader-Blow-by-Gas eine mittlere Tropfengröße von etwa 0,2µm besitzen.
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Die kleinen Öltropfen des Turbolader-Blow-by-Gases lassen sich nicht oder nur unbefriedigend mit einer Ölabscheidereinrichtung abscheiden, die sich für die Abscheidung von vergleichsweise großen Öltropfen in Motor-Blow-by-Gas eignet. Wenn zweckmäßigerweise die Rückführleitung der Turboladerentlüftungseinrichtung an ein Motorgehäuse, vorzugsweise an das Kurbelgehäuse angeschlossen ist, wird das Schmieröl des Abgasturboladers gemeinsam mit dem Turbolader-Blow-by-Gas dem Kurbelgehäuse zugeführt. Der sich im Kurbelgehäuse dadurch einstellende Ölnebel enthält dann zusätzlich zu den relativ großen Öltropfen des Motor-Blow-by-Gases außerdem die relativ kleinen Öltropfen des Turbolader-Blow-by-Gases. In der Ölabscheideeinrichtung der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung erfolgt dann nur eine effiziente Abscheidung der großen Öltropfen des Motor-Blow-by-Gases, während die Abscheidung der kleinen Öltropfen des Turbolader-Blow-by-Gases nicht zufriedenstellend erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Turboladerentlüftungseinrichtung bzw. für eine Brennkraftmaschine eine verbesserte Ausführungsform anzuzeigen, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass das im Blow-by-Gas des Abgasturboladers mitgeführte Öl besser abgeschieden und dem Ölkreis rückgeführt werden kann.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die im Turbolader-Blow-by-Gas mitgeführten kleineren Tropfen vor dem Eintritt in das Motorgehäuse mittels Agglomeration in größere Tropfen zu wandeln bzw. zu vereinen. Diese größeren Tropfen lassen sich dann einfacher aus dem Blow-by-Gas abscheiden. Agglomeration bedeutet dabei, dass die kleinen Tropfen mit anderen kleinen oder großen Tropfen in Kontakt gebracht werden, so dass sie daran anhaften und sich mit diesen vereinen. Dadurch wachsen die kleinen Tropfen allmählich zu größeren bzw. großen Tropfen an. Beispielsweise lässt sich durch Agglomeration die Tropfengröße um den Faktor 10 vergrößern, was die spätere Abscheidung der Öltropfen aus dem Blow-by-Gas signifikant erleichtert und dementsprechend die Effizienz der Ölabscheidung verbessert. Im Extremfall kann die Agglomeration auch dazu führen, dass eine kontinuierliche Flüssigkeit entsteht, z.B. in Form eines Ölfilms. Insoweit erfolgt bereits durch die Agglomeration die Abscheidung der Öltropfen aus dem Turbolader-Blow-by-Gas.
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Für die Turboladerentlüftungseinrichtung wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, in der Rückführleitung einen Agglomerator anzuordnen, der die kleineren Tropfen zu größeren Tropfen agglomeriert. Mit anderen Worten, beim Agglomerator handelt es sich um eine zum Agglomerieren kleinerer Tropfen zu größeren Tropfen geeignete und auch speziell dafür vorgesehene Einrichtung. Andere Einrichtungen, die zufällig auch eine Agglomeration kleinerer Tropfen zu größeren Tropfen bewirken können, sind damit nicht gemeint. Der Agglomerator führt eine gezielte Vergrößerung der Tropfen herbei, und zwar möglichst aller im Blow-by-Gas Strom mitgeführten Tropfen.
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Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher der Agglomerator als Wäscher ausgestaltet ist. Ein derartiger Wäscher weist ein Ölvolumen auf, dem die kleineren Tropfen zugeführt werden, derart, dass die kleineren Tropfen im Ölvolumen zu größeren Tropfen agglomerieren. Mit Hilfe des Wäschers wird somit gezielt ein zusätzliches Ölvolumen bereitgestellt, mit dem die kleinen Tropfen des Blow-by-Gases kollidieren können, um die gewünschte Agglomeration zu bewirken.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Ölvolumen als Ölfilm ausgestaltet sein, der Öl als kontinuierlichen Strom aufweist. Tropfen, die auf diesen Ölfilm treffen, werden vom Ölfilm absorbiert und insoweit agglomeriert. In diesem Fall wirkt der Agglomerator wie ein Absorber. Der Ölfilm lässt sich besonders leicht dem Motorgehäuse zuführen, wobei die Zumischung kleiner Tropfen zum Ölnebel des Kurbelgehäuses reduziert ist.
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Vorteilhaft kann der Ölfilm als Wandfilm an einer Wand ausgestaltet sein. Diese Wand kann dabei Bestandteil des Agglomerators bzw. Wäschers sein. Diese Wand kann aber auch Bestandteil der Zuführleitung sein. Da die Zuführleitung ohnehin flüssiges Öl vom Abgasturbolader zum Motorgehäuse führt, kann dieses rückgeführte Öl günstig zur Realisierung des Wandfilms an besagter Wand genutzt werden.
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Vorteilhaft kann die Zuführleitung oder der Agglomerator bzw. der Wäscher ein Austrittsende aufweisen, das im Motorgehäuse, insbesondere im Kurbelgehäuse, offen mündet und das die den Wandfilm aufweisende Wand enthält, so dass der Wandfilm im Motorgehäuse, vorzugsweise im Kurbelgehäuse, abtropft bzw. abfließt. Mit anderen Worten, die Kollision der kleinen Tropfen mit dem Wandfilm wird möglichst spät, insbesondere im Bereich des Austrittsendes der Zuführleitung realisiert. Auf diese Weise können die kleinen Tropfen innerhalb der Zuführleitung von einem Eintrittsende bis zum Austrittsende in gewissen Umfang bereits mit benachbarten Tropfen agglomerieren.
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Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass der Ölfilm als Ölvorhang ausgestaltet ist, der sich quer zu einer Strömungsrichtung des Blow-by-Gases erstreckt, so dass das Blow-by-Gas den Ölvorhang durchströmt. Beim Durchströmen des Ölvorhands wird das im Blow-by-Gas in Tropfenform mitgeführte Öl quasi ausgewaschen.
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Bei einer Weiterbildung kann der Ölvorhang in der Rückführleitung stromauf des Motorgehäuses angeordnet sein. Ebenso ist eine Ausführungsform möglich, bei welcher der Ölvorhang stromab der Rückführleitung im Motorgehäuse angeordnet ist.
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Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass sowohl ein als Wandfilm ausgestalteter Ölfilm als auch ein als Ölvorhang ausgestalteter Ölfilm vorgesehen sind. Besonders zweckmäßig ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher der Ölvorhang stromab an den Wandfilm angrenzt oder stromab des Wandfilms angeordnet ist. Somit kann ein großer Teil der Öltropfen vom Wandfilm aufgenommen werden, während die restlichen Öltropfen weitgehend oder vollständig vom Ölvorhang absorbiert werden.
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Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass der Agglomerator eine Ablenkstruktur aufweist, die eine Strömung des Blow-by-Gases gegen den Ölfilm lenkt. Während das Blow-by-Gas am Ölfilm abgelenkt wird und weiter strömen kann, treffen die mitgeführten Tropfen gegen den Ölfilm und werden davon absorbiert.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass das Ölvolumen als Ölnebel ausgestaltet ist, wobei der Ölnebel Öl als Tropfen aufweist, die größer sind als die Tropfen des Blow-by-Gases des Abgasturboladers. In der Folge können die kleinen Tropfen des Blow-by-Gases mit den großen Tropfen des Ölnebels kollidieren. Auch hier absorbieren die großen Tropfen die kleinen Tropfen, was letztlich zur gewünschten Agglomeration führt.
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Zweckmäßig kann der Ölnebel mittels wenigstens einer Düse als Ölspray bereitgestellt werden. Mit Hilfe einer solchen Düse lässt sich die Tropfengröße im Ölnebel gezielt einstellen.
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Vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher eine Sprührichtung, mit welcher die jeweilige Düse den Ölspray in einen Kollisionsraum des Agglomerators sprüht, einer Einströmrichtung entgegengesetzt sein, mit der das mit den Tropfen beladene Blow-by-Gas in den Kollisionsraum einströmt. Hierdurch kollidieren Blow-by-Gas und Ölnebel bzw. Ölspray im Kollisionsraum, was die Effizienz der Agglomeration verbessert.
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Bei einer anderen Weiterbildung kann der Kollisionsraum zumindest einen Auslass aufweisen, der so angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass das Blow-by-Gas in einer Ausströmrichtung durch den wenigstens einen Auslass aus dem Kollisionsraum ausströmt, die der Einströmrichtung entgegen gesetzt ist. Auf diese Weise wird eine Strömungsrichtungsumkehr im Blow-by-Gas erzwungen, der die mitgeführten Tropfen aufgrund der Trägheitskräfte nur schwer folgen können. Auch diese Maßnahme erleichtert die Kollision der Tropfen mit dem Ölnebel und die Agglomeration.
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Eine erfindungsgemäße aufgeladene Brennkraftmaschine umfasst einen Turbolader, ein Motorgehäuse sowie eine Turboladerentlüftungseinrichtung der vorstehend beschriebenen Art. Die Rückführleitung der Turboladerentlüftungseinrichtung verbindet dann den Turbolader mit dem Motorgehäuse.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Brennkraftmaschine kann der Turbolader eine Turbine aufweisen, die in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordnet ist, so dass das Turbolader-Blow-by-Gas Abgas enthält. Zusätzlich oder alternativ kann der Turbolader einen Verdichter aufweisen, der in einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine angeordnet ist, so dass das Turbolader-Blow-by-Gas Frischluft enthält.
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Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher die Brennkraftmaschine eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung aufweist, die eine Entlüftungsleitung zum Abführen von Motor-Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse, eine Ölabscheideeinrichtung zum Abscheiden von Öl aus dem Motor-Blow-by-Gas und eine Ölrückführleitung zum Rückführen von abgeschiedenem Öl zu einem Ölreservoir aufweist. Da das Blow-by-Gas des Turboladers, also das Turbolader-Blow-by-Gas dem Motor-Blow-by-Gas zugemischt wird, erfolgt in der Ölabscheidereinrichtung gleichzeitig auch die Abscheidung des aus dem Abgasturbolader stammenden Öls. Durch die mit Hilfe des Agglomerators vergrößerten Tropfen des Turbolader-Blow-by-Gases lässt sich diese Ölabscheidung sehr effizient durchführen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein Schmierölsystem zum Schmieren des Turboladers sowie zum Schmieren der Brennkraftmaschine an das vorstehend genannte Ölreservoir angeschlossen sein. Das bedeutet, dass zum Schmieren der Brennkraftmaschine und zum Schmieren des Turboladers ein gemeinsamer Schmierölkreis bzw. ein gemeinsames Schmierölsystem vorgesehen ist. Durch die gemeinsame Ölabscheidung werden das Öl aus dem Turbolader und das Öl aus dem Kurbelgehäuse dem gemeinsamen Schmierölsystem rückgeführt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Zuführen von Blow-by-Gas eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine zu einem Motorgehäuse der Brennkraftmaschine charakterisiert sich dadurch, dass im Turbolader-Blow-by-Gas mitgeführte kleinere Tropfen vor dem Eintritt in das Motorgehäuse zu größeren Tropfen agglomeriert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher das Agglomerieren der kleineren Tropfen zu größeren Tropfen durch Waschen erfolgt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine,
- 2 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Agglomerators,
- 3 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung des Agglomerators, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
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Entsprechend 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 ein Motorgehäuse 2, eine Frischluftanlage 3 und eine Abgasanlage 4. Das Motorgehäuse 2 umfasst einen Motorblock 5, einen in 1 oben an den Motorblock 5 anschließenden Zylinderkopf 6, eine in 1 oben an den Zylinderkopf 6 anschließende Zylinderkopfhaube 7 sowie ein in 1 unten an den Motorblock 5 anschließendes Kurbelgehäuse 8. Der Motorblock 5 enthält Zylinder 9, in denen jeweils ein Kolben 10 hubverstellbar angeordnet ist und die jeweils einen Brennraum 11 enthalten. Der Zylinderkopf 6 enthält Gaswechselventile 12, mit denen das Zuführen von Frischluft zum jeweiligen Brennraum 11 bzw. das Abführen von Abgas aus dem jeweiligen Brennraum 11 gesteuert wird. Die Steuerung der Gaswechselventile 12 erfolgt üblicherweise mittels eines Nockenwellen 13 aufweisenden Ventiltriebs, der von der Zylinderkopfhaube 7 abgedeckt ist. Im Kurbelgehäuse 8 ist eine Kurbelwelle 14 angeordnet, die mit den Kolben 10 jeweils über eine Pleuelstange 15 antriebsverbunden ist.
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Die Frischluftanlage 3 dient zum Zuführen von Frischluft zu den Brennräumen 11 und enthält üblicherweise ein Luftfilter 16. Ferner können in der Frischluftanlage 3 eine hier nicht gezeigte Drosselklappe sowie ein nicht gezeigter Luftmassenmesser vorgesehen sein. Die Abgasanlage 4 dient zum Abführen der Abgase von den Brennräumen 11 und enthält üblicherweise zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 17, z. Bsp. in Form eines Katalysators oder Partikelfilters oder Schalldämpfers.
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Die hier gezeigte Brennkraftmaschine 1 ist aufgeladen und weist hierzu einen Abgasturbolader 19 auf. Dieser besitzt in üblicher Weise eine in der Abgasanlage 4 angeordnete Turbine 20 mit einem Turbinenrad 21 sowie einen in der Frischluftanlage 3 angeordneten Verdichter 22 mit einem Verdichterrad 23. Turbinenrad 21 und Verdichterrad 23 sind über eine gemeinsame Welle 24 miteinander antriebsverbunden. Der Abgasturbolader 19 enthält in einem Lagerbereich 25, der axial zwischen der Turbine 20 und dem Verdichter 22 angeordnet ist und durch den die Welle 24 hindurchgeführt ist, eine Lagerung 26 zum Lagern der Welle 24. Üblicherweise ist in der Frischluftanlage 3 stromab des Verdichters 22 ein hier nicht gezeigter Ladeluftkühler angeordnet.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einem Schmierölsystem 27 ausgestattet, das zum Schmieren des Turboladers 19 und zum Schmieren von weiteren Komponenten der Brennkraftmaschine 1 im Motorgehäuse 2 dient. Hierzu umfasst das Schmierölsystem 27 ein Ölreservoir 28, das hier durch einen Ölsumpf 29 im Kurbelgehäuse 8 gebildet ist. Der Ölsumpf 29 bzw. das Ölreservoir 28 können dabei in einer Ölwanne 30 angeordnet sein, die das Kurbelgehäuse 8 nach unten abschließt. Ferner kann das Schmierölsystem 27 eine Ölpumpe 31 aufweisen sowie Schmierölleitungen 32 bis 35 (und 49 in 3), die das Schmieröl zu vorbestimmten Schmierstellen führen. Die mit 35 bezeichnete Schmierölleitung ist dabei an den Turbolader 19 bzw. an den Lagerbereich 25 angeschlossen, um die Lagerung 26 mit Schmieröl zu versorgen. Das Schmieröl sorgt dabei einerseits für einen Schmierölfilm und andererseits für eine Kühlung.
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Im Lagerbereich 25 des Turboladers 19 ist ein Ölsammelbereich 36 enthalten, von dem das Schmieröl über eine Rückführleitung 37 aus dem Lagerbereich 25 bzw. vom Turbolader 19 abgeführt wird. Diese Rückführleitung 37 ist an das Motorgehäuse 2 angeschlossen. Im Beispiel der 1 ist die Rückführleitung 37 an das Kurbelgehäuse 8 angeschlossen. Theoretisch kann die Rückführleitung 37 bei anderen Ausführungsformen auch an den Motorblock 5 oder an der Zylinderkopf 6 oder an die Zylinderkopfhaube 7 angeschlossen sein.
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Die mit 32 bezeichnete Schmierölleitung kann bspw. Schmieröl der Kurbelwelle 14 und den Pleuelstangen 15 zuführen. Die mit 33 bezeichnete Schmierölleitung kann bspw. den Kolben 10 Schmieröl zuführen. Die mit 34 bezeichnete Schmierölleitung kann bspw. den Nockenwellen 13 und den Gaswechselventilen 12 Schmieröl zuführen.
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Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 kommt es aufgrund von Leckagen zwischen Zylinder 9 und Kolben 10 zu Motor-Blow-by-Gas 38, das vom jeweiligen Brennraum 11 in das Kurbelgehäuse 8 eintritt. Im Kurbelgehäuse 8 herrscht ein Ölnebel, der sich mit dem Motor-Blow-by-Gas 38 vermischt.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 39 ausgestattet, die mit Hilfe einer Entlüftungsleitung 40 Motor-Blow-by-Gas 38 aus dem Motorgehäuse 2 absaugt und im Beispiel der 1 über eine Einleitstelle 41 der Frischluftanlage 3 zuführt. Im Beispiel ist die Entlüftungsleitung 40 an das Kurbelgehäuse 8 angeschlossen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Entlüftungsleitung 40 beispielsweise an die Zylinderkopfhaube 7 angeschlossen sein, so dass das Motor-Blow-by-Gas 38 intern vom Kurbelgehäuse 8 durch den Motorblock 5 und den Zylinderkopf 6 zur Zylinderkopfhaube 7 strömt. Die Einleitstelle 41 ist dabei stromab des Luftfilters 16 und stromauf des Verdichters 22 angeordnet. Grundsätzlich ist auch eine andere Positionierung der Einleitstelle 41 denkbar, bspw. stromab des Verdichters 22. Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 39 umfasst eine Ölabscheideeinrichtung 42, die in 1 mit unterbrochener Linie angedeutet ist. Die Ölabscheidereinrichtung 42 dient zum Abscheiden von Öl aus dem Motor-Blow-by-Gas 38 und ermöglicht außerdem eine Rückführung von abgeschiedenem Öl zum Ölreservoir 28. Hierfür umfasst die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 39 außerdem eine Ölrückführleitung 43, die hier rein exemplarisch an das Kurbelgehäuse 8 angeschlossen ist. Die Ölabscheideeinrichtung 42 umfasst einen Ölabscheider 44, in dem die Abscheidung des Öls aus dem Blow-by-Gas erfolgt. Im gezeigten Beispiel der 1 umfasst die Ölabscheideeinrichtung 42 außerdem eine Fördereinrichtung 45 zum Ansaugen des Blow-by-Gases aus dem Kurbelgehäuse 8 bzw. zum Zuführen des Blow-by-Gases zum Ölabscheider 44.
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Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher der Ölabscheider 44 als Impaktor ausgestaltet ist. Ein derartiger Impaktor weist eine Lochwand mit Durchtrittsöffnungen sowie eine Prallwand auf, die bezüglich einer Durchströmung des Impaktors mit Gas, insbesondere mit Blow-by-Gas, stromab der Lochwand angeordnet ist. Der Impaktor weist den Rohgaseinlass für mit Verunreinigungen, insbesondere mit Öl, beladenes Gas, den Reingasauslass für von Verunreinigungen befreites Gas und den Öl- bzw. Schmutzauslass für aus dem Gas abgeschiedene Verunreinigungen auf. Bei der Durchströmung des Impaktors mit Gas trifft das Gas zunächst auf die Lochplatte und wird dabei gezwungen, die Durchtrittsöffnungen der Lochplatte zu durchströmen. Da die Summe der durchströmbaren Querschnitte aller Durchtrittsöffnungen kleiner ist als der durchströmbare Querschnitt im Impaktor unmittelbar stromauf der Lochwand, ergibt sich dabei eine Beschleunigung der Gasströmung sowie eine Aufteilung der Gasströmung auf einzelne, die Durchtrittsöffnungen durchtretende, strahlförmige Teilströme. Diese Teilströme treffen frontal, vorzugsweise senkrecht auf die Prallwand, an der eine abrupte Strömungsumlenkung, in der Regel um etwa 90° erfolgt. Dieser Strömungsumlenkung folgt das Gas, während die mitgeführten flüssigen und/oder festen Verunreinigungen an der Prallwand abgestoppt werden, so dass die Verunreinigungen zunächst an der Prallwand verbleiben und bspw. zu einem Sammelraum geführt werden, der mit dem Schmutzauslass fluidisch verbunden ist.
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Beispielsweise kann die Prallwand aus einem für die Verunreinigungen durchlässigen Material bestehen, bspw. aus einem offenporigen Schaumstoff oder aus einem Vliesmaterial. Zweckmäßig sind Prallwand und Lochwand relativ zueinander so angerordnet, dass ein Abstand in der Strömungsrichtung zwischen den Austrittsenden der Durchtrittsöffnungen und der Prallwand vorliegt. Die Durchtrittsöffnungen können an einer der Prallwand zugewandten Seite der Lochwand durch Rohre verlängert sein, um die Ausbildung der einzelnen, strahlförmigen Teilströme zu verbessern. Auch diese Rohre enden vorzugsweise beabstandet zur Prallwand.
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Besonders vorteilhaft ist außerdem eine Ausführungsform, bei welcher die Fördereinrichtung 45 als Seitenkanalverdichter ausgestaltet ist. Ein derartiger Seitenkanalverdichter charakterisiert sich dadurch, dass er einen ringförmigen Kanal aufweist, der einen Kanaleinlass mit einem Kanalauslass verbindet, wobei ein Laufrad konzentrisch zu diesem Kanal angeordnet ist, so dass radial abstehende Laufschaufeln des Laufrads im Kanal angeordnet und darin in Umfangsrichtung verstellbar sind. Die Umfangsrichtung bezieht sich dabei auf eine Rotationsachse des Laufrads. Laufrad und Kanal sind bezüglich dieser Rotationsachse koaxial und konzentrisch angeordnet. Ferner ist beim Seitenkanalverdichter vorgesehen, dass der ringförmige Kanal quer zur Umfangsrichtung einen Kanalquerschnitt aufweist, der einen Kernbereich besitzt, in dem sich die Laufschaufeln befinden. Ferner lässt sich der ringförmige Kanal in der Umfangsrichtung in einen Förderabschnitt, der in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanaleinlass zum Kanalauslass führt, und einen Totabschnitt unterteilen, der in der Drehrichtung des Laufrads vom Kanalauslass zum Kanaleinlass führt. Im Totabschnitt besteht der Kanalquerschnitt ausschließlich aus dem vorgenannten Kernbereich. Im Förderabschnitt weist der Kanalquerschnitt dagegen zusätzlich zum Kernbereich zumindest einen seitlich an den Kernbereich anschließenden Seitenbereich auf. Zweckmäßig sind zwei axial anschließende Seitenbereiche vorgesehen, nämlich ein oberer axialer Seitenbereich, der sich bei vertikaler Rotationsachse an einer Laufradoberseite an den Kernbereich anschließt, und ein unterer axialer Seitenbereich, der sich bei vertikaler Rotationsachse an einer Laufradunterseite an den Kernbereich anschließt. Ferner kann ein radialer Seitenbereich vorgesehen sein, der sich radial außen an den Kernbereich anschließt. Bei einem solchen Seitenkanalverdichter besitzen ein der Laufradunterseite zugewandter Kanalboden und eine der Laufradoberseite zugewandte Kanaldecke im Kanalauslass am Übergang vom Förderabschnitt zum Totabschnitt und im Kanaleinlass am Übergang vom Totabschnitt zum Förderabschnitt jeweils eine Stufe. Ebenso besitzt eine den Kanal radial außen begrenzende Kanalseitenwand an diesen Übergängen jeweils eine Stufe, wenn außerdem der vorstehend genannte radiale Seitenbereich vorgesehen ist. Ein derartiger Seitenkanalverdichter lässt sich vergleichsweise preiswert realisieren und zeichnet sich durch eine effiziente Förderleistung aus.
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Zweckmäßig können die Fördereinrichtung 45, z.B. in Form des Seitenkanalverdichters, und der Ölabscheider 44, z.B. in Form des Impaktors, in einem gemeinsamen Gehäuse 50 angeordnet sein.
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Auch im Abgasturbolader 19 kommt es zu Leckagen, die zu Turbolader-Blow-by-Gas 46 führen. Beispielsweise kann in der Turbine 20 Abgas aus der Abgasanlage 4 in den Ölsammelbereich 36 eintreten. Ebenso kann im Verdichter 22 Frischluft aus der Frischluftanlage 3 in den Ölsammelbereich 36 eintreten. Im Ölsammelbereich 36 herrscht ebenfalls ein Ölnebel, der sich mit dem Turbolader-Blow-by-Gas 46 vermischt. Über die Rückführleitung 37 wird somit nicht nur Öl, sondern auch das Turbolader-Blow-by-Gas 46 zum Motorgehäuse 2 geführt und hier in das Kurbelgehäuse 8 eingeleitet. Da die Rückführleitung 37 somit nicht nur Öl, sondern auch Turbolader-Blow-by-Gas 46 zum Motorgehäuse 2 führt, wird dadurch auch eine Entlüftung des Turboladers 19 bewirkt. Dementsprechend umfasst der hier gezeigte Abgasturbolader 19 auch eine Turboladerentlüftungseinrichtung 47.
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Die Rückführleitung 37 der Turboladerentlüftungseinrichtung 47 führt dabei das Turbolader-Blow-by-Gas 46 dem Motorgehäuse 2 zu, das sich spätestens im Kurbelgehäuse 8 mit dem Motor-Blow-by-Gas 38 vermischt. Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 39 führt dementsprechend dieses Gemisch an Blow-by-Gas aus dem Kurbelgehäuse 8 ab. In der Ölabscheideeinrichtung 42 kann somit das Öl aus dem Ölnebel im Kurbelgehäuse 8 sowie das Öl aus dem Ölnebel im Ölsammelbereich 36 abgeschieden werden. Allerdings sind die Tropfen, die im Abgasturbolader 19 entstehen, üblicherweise deutlich kleiner als die Tropfen, die im Kurbelgehäuse 8 entstehen. Üblicherweise sind die Öltropfen des Kurbelgehäuses 8 mindestens zehn Mal größer als die Tropfen im Turbolader 19. Die Öltropfen im Ölnebel des Kurbelgehäuses 8 liegen bspw. im Bereich von etwa 1 bis 2 µm. Die Öltropfen, die im Ölnebel des Ölsammelbereichs 36 im Turbolader 19 anfallen, sind dabei üblicherweise kleiner als 0,2 µm.
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Die Ölabscheideeinrichtung 42 bzw. deren Ölabscheider 44 in Verbindung mit der Fördereinrichtung 45 sind dabei auf die Öltropfen des Kurbelgehäuses 8 abgestimmt und besitzen hierfür eine relativ hohe Effizienz. Für die deutlich kleineren Öltropfen des Turboladers 19 ist die Effizienz der Ölabscheideeinrichtung 42 dagegen eher gering, jedenfalls nicht zufriedenstellend.
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Bei der hier vorgestellten Brennkraftmaschine 1 ist die Turboladerentlüftungseinrichtung 47 mit einem Agglomerator 48 ausgestattet, der im Beispiel der 1 in der Rückführleitung 37 angeordnet ist. Der Agglomerator 48 dient zum Agglomerieren kleinerer Tropfen zu größeren Tropfen. Er ist im Beispiel der 1 in der Rückführleitung 37 zwischen dem Turbolader 19 und dem Motorgehäuse 2 und somit außerhalb des Turboladers 19 und außerhalb des Motorgehäuses 2 angeordnet. Ebenso ist denkbar, den Agglomerator 48 am Anfang der Rückführleitung 37, also an oder im Abgasturbolader 19 oder gemäß dem Beispiel der 2 am Ende der Rückführleitung 37, also am oder im Motorgehäuse 2 anzuordnen.
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Entsprechend 2 und 3 kann der Agglomerator 48 als Wäscher 51 ausgestaltet sein, der ein Ölvolumen 52 bereitstellt. Diesem Ölvolumen 52 werden innerhalb des Agglomerators 48 bzw. innerhalb des Wäschers 51 die im Turbolader-Blow-by-Gas 46 mitgeführten kleineren Tropfen zugeführt. Diese kleineren Tropfen sind in den 2 und 3 durch Punkte angedeutet und mit 53 bezeichnet. Diese kleineren Tropfen 53 kollidieren mit dem Ölvolumen 52 und werden darin zu größeren Tropfen agglomeriert. Je nach Ausgestaltung des Agglomerators 48 beinhaltet dabei das Agglomerieren auch ein Absorbieren. Größere Tropfen sind in 3 durch Kreise angedeutet und mit 54 bezeichnet. Im Beispiel der 2 sind die größeren Tropfen 54 dagegen nicht erkennbar, da sie vom Ölvolumen 52 absorbiert sind.
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Gemäß 2 kann das Ölvolumen 52 als Ölfilm 55 ausgestaltet sein. Ein derartiger Ölfilm 55 weist Öl als kontinuierlichen Strom auf. Tropfen 53, die auf den Ölfilm 55 treffen, werden vom Ölfilm 55 absorbiert. Insoweit wirkt der Agglomerator 48 im Bereich des jeweiligen Ölfilms 55 als Absorber.
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Der Ölfilm 55 kann als Wandfilm 56 ausgestaltet sein, der an einer Wand 57 abläuft bzw. abfließt. Die Wand 57 kann dabei durch einen Bestandteil der Rückführleitung 37 oder durch einen Bestandteil eines Gehäuses 58 des Agglomerators 48 gebildet sein. Im Beispiel der 2 repräsentiert das Gehäuse 58 des Agglomerators 48 ein Austrittsende der Rückführleitung 37, das im Motorgehäuse 2 bzw. hier im Kurbelgehäuse 8 offen mündet. Dieses Austrittsende, das im Folgenden ebenfalls mit 58 bezeichnet werden kann, weist besagte Wand 57 auf, die den Wandfilm 56 führt. Der Wandfilm 56 entsteht dabei durch das von der Rückführleitung 37 rückgeführte Schmieröl. Das Austrittsende 58 ist am bzw. im Kurbelgehäuse 8 so angeordnet, dass der Wandfilm 56 im Kurbelgehäuse 8 abfließt bzw. abtropft. Insbesondere fließt bzw. tropft der Wandfilm 56 gemäß einem Pfeil 59 in das Reservoir 28 bzw. den Ölsumpf 29.
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In 2 ist außerdem eine Variante gezeigt, bei welcher der Ölfilm 55 als Ölvorhang 60 ausgestaltet ist. Der Ölvorhang 60 erstreckt sich dabei quer zu einer Strömungsrichtung 61 des Turbolader-Blow-by-Gases 46. Dabei ist der Ölvorhang 60 im Strömungsweg des Turbolader-Blow-by-Gases 56 angeordnet, so dass das Turbolader-Blow-by-Gas 46 den Ölvorhang 60 durchströmen muss. Hierbei kollidieren die kleinen Tropfen 53, die im Turbolader-Blow-by-Gas 46 mitgeführt werden, mit dem Öl des Ölvorhangs 60. Der Ölvorhang 60 wäscht das Öl aus dem Blow-by-Gas 46 aus. Im Beispiel der 2 ist der Ölvorhang 60 stromab der Rückführleitung 37 im Kurbelgehäuse 8 angeordnet. Ferner ist der Ölvorhang 60 im Beispiel der 2 stromab des Wandfilms 56 positioniert.
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Im Beispiel der 2 ist der Agglomerator 48 außerdem mit einer Ablenkstruktur 62 ausgestattet, die eine Strömung des Turbolader-Blow-by-Gases 46 gegen den Ölfilm 55 lenkt. Hierdurch kollidiert ein Großteil der mitgeführten kleinen Tropfen 53 mit dem Ölfilm 55 und wird davon absorbiert.
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Im Beispiel der 3 ist das Ölvolumen 52 des Wäschers 51 bzw. des Agglomerators 48 als Ölnebel 63 ausgestaltet. Dieser Ölnebel 63 enthält das Öl als Tropfen, wobei diese Tropfen größer sind als die Tropfen des Turbolader-Blow-by-Gases 46. Die großen Tropfen des Ölnebels 63 sind in 3 ebenfalls mit 54 bezeichnet. Die kleinen Tropfen des Turbolader-Blow-by-Gases 46 sind in 3 ebenfalls mit 53 bezeichnet. Der Ölnebel 63 wird im Gehäuse 58 des Agglomerators 48 in einem Kollisionsraum 64 so bereitgestellt, dass die kleinen Tropfen 53 des Turbolader-Blow-by-Gases 46 mit den großen Tropfen 54 des Ölnebels 63 kollidieren können. Insoweit agglomerieren die kleinen Tropfen 53 zu den großen Tropfen 54.
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Im Beispiel der 3 wird das Turbolader-Blow-by-Gas 46 von der Rückführleitung 37 so abgezweigt, dass Schmieröl 72, das ebenfalls in der Rückführleitung 37 vom Turbolader 19 zum Motorgehäuse 2 geführt wird, in der Rückführleitung 37 verbleiben und weiterfließen kann. Erreicht wird dies im Beispiel der 3 durch ein Unterströmwehr 65, das in den Strömungsfilm des Schmieröls 72 eintaucht. Stromauf dieses Unterströmwehrs 65 wird das mit den kleinen Tropfen 53 beladene Turbolader-Blow-by-Gas 46 von der Rückführleitung 37 abgeführt und dem Agglomerator 48 zugeführt. Stromab des Unterströmwehrs 65 wird das nunmehr mit den großen Tropfen 54 beladene Turbolader-Blow-by-Gas 46 vom Agglomerator 48 kommend wieder der Rückführleitung 37 zugeführt. In 3 führt der linke Teil der Rückführleitung 37 zum Ölsammelbereich 36 des Turboladers 19, während der rechte Teil der Rückführleitung 37 zum Motorgehäuse 2 bzw. zum Kurbelgehäuse 8 führt.
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Der Ölnebel 63 kann im Gehäuse 58 bzw. im Kollisionsraum 64 bspw. mittels wenigstens einer Düse 66 erzeugt werden und zwar als Ölspray 67. Hierzu kann die jeweilige Düse 66 insbesondere an das Schmierölsystem 27 angeschlossen sein, bspw. über eine Schmierölleitung 49, die auf geeignete Weise mit der Druckseite der Ölpumpe 31 fluidisch verbunden ist. Die jeweilige Düse 66 sprüht das Ölspray 67 zweckmäßig mit einer Sprührichtung 68 in den Kollisionsraum 64 ein, die einer Einströmrichtung 69 entgegengesetzt ist, mit der das mit den kleinen Tropfen 53 beladene Turbolader-Blow-by-Gas 46 in den Kollisionsraum 64 einströmt. Die Sprührichtung 68 ist dabei durch die Ausströmrichtung des Öls aus der Düse 66 und durch die Längsmittelachse eines Sprühkegels definiert, den die Düse 66 erzeugt. Durch die koaxiale und entgegengesetzte Ausrichtung von Sprührichtung 68 und Einströmrichtung 69 erfolgt im Kollisionsraum 64 eine effiziente Kollision der kleinen Tropfen 53 des Turbolader-Blow-by-Gases 46 mit den großen Tropfen 54 des Ölnebels 63.
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Im Beispiel der 3 weist der Kollisionsraum 64 einen Auslass 70 auf, der so ausgestaltet ist, dass das Turbolader-Blow-by-Gas 46 in einer Ausströmrichtung 71 durch diesen Auslass 70 aus dem Kollisionsraum 64 ausströmt, die der Einströmrichtung 69 entgegengesetzt ist. Somit erfolgt im Kollisionsraum 64 eine 180°-Umlenkung des Turbolader-Blow-by-Gases 64, was die Agglomeration der kleinen Tropfen 53 mit den großen Tropfen 54 erleichtert.
